Пирометры полного излучения (радиационные пирометры)

В отличие от оптических пирометров с исчезающей нитью и цветовых пирометров, в радиационных пирометрах используется тепловое действие полного излучения нагретого тела, включая как видимое, так и не видимое излучение. В связи с этим радиационные пирометры называются также пирометрами полного излучения.

Пирометры полного излученияосуществляют измерения температуры путем измерения полной энергетической яркости тела. Действительная температура тела Т определяется по радиационной температуре Т_р пирометра:

Из этого выражения видно, что для определения действительной температуры тела Т по радиационной температуре Т_р необходимо знать только значение интегрального коэффициента черноты тела e_т. Однако на практике точно определить значение величины e_т представляет большие трудности, поэтому такие пирометры имеют наибольшую методическую погрешность.

В качестве чувствительного элемента в радиационных пирометрах используется термобатарея из нескольких миниатюрных последовательно соединенных термопар 2 (рисунок 6), рабочие спаи которых нагреваются излучением объекта измерения 1, фокусируемых с помощью оптической системы 3. Возникающая термо-Э.Д.С. измеряется с помощью милливольтметра или автоматического потенциометра 4, градуированного в градусах.

Рисунок 6 – Принципиальная схема радиационного пирометра

Для концентрации излучения на спаях термобатареи используют рефракторные (с собирающей линзой) или рефлекторные (с вогнутым зеркалом) оптические системы. В нашей стране серийно выпускаются пирометры типа АПИР – С.

В настоящее время радиационные пирометры применяются для измерения температур в диапазоне от -40 до 2500°С. Особенно удобно применение радиационных пирометров для бесконтактного измерения невысоких температур, при которых методы оптической и цветовой пирометрии неприемлемы, например, для измерения невысоких температур движущихся предметов.

Радиационные пирометры, как и цветовые, пригодны для непрерывного измерения и регистрации температуры, а также для применения в системах автоматического регулирования. При измерении температуры тел, близких по излучающей способности к абсолютно черному телу, основная погрешность измерения не превышает 1% верхнего предела измерения.

Пирометры спектрального излучения

Пирометры данного типа измеряют цветовую температуру объекта по отношению интенсивностей излучения в двух определенных участках спектра, каждая из которых характеризуется эффективной длиной волны.

У них два приемника излучения, два усилителя, два преобразователя аналогового сигнала в цифровую форму и т.д. Поэтому их цена относительно высока. Но у них есть ряд преимуществ перед остальными пирометрами, главное из которых – отсутствие необходимости вводить в них перед измерением коэффициент излучения, присущий измеряемому объекту.

Пирометры применяют для дистанционного определения температуры объектов в промышленности, быту, сфере ЖКХ, на предприятиях, где большое значение приобретает контроль температур на различных технологических этапах производства(сталелитейная промышленность, нефтеперерабатывающая отрасль). Пирометры могут выступать в роли средства безопасного дистанционного измерения температур раскаленных объектов, что делает их незаменимыми для обеспечения должного контроля в случаях, когда физическое взаимодействие с контролируемым объектом невозможно из-за высоких температур. Их можно применять в качестве теплолокаторов (усовершенствованные модели), для определения областей критических температур в различных производственных сферах.

Изначально термин «пирометр» использовался для обозначения прибора, предназначенного для измерения температуры по яркости предельно нагретого предмета. На сегодняшний день понятие несколько расширилось, поскольку, с развитием технологий появились абсолютно новые приборы – инфракрасные пирометры.

Принцип действия инфракрасного пирометра основан на измерении абсолютного значения амплитуды электромагнитного излучения от объекта в инфракрасной части спектра и последующем преобразовании измеренного значения в температуру. Схема такого пирометра с оптическим видоискателем изображена на рисунке:

Рисунок 7 – Устройство пирометра: 1 – объект измерения; 2 – тепловое излучение; 3 – оптическая система; 4 – зеркало; 5 – видоискатель; 6 – ось видоискателя; 7 – измерительно-счетное устройство; 8 – корпус; 9 — электронный преобразователь; 10 – кнопка; 11 – датчик

Тепловой луч, сфокусированный оптической системой, падает на датчик (первичный пирометрический преобразователь), в результате на выходе образуется электрический сигнал, пропорциональный значению температуры объекта измерения. Этот сигнал проходит через электронный преобразователь (вторичный пирометрический преобразователь), попадает в измерительно-счетное устройство и обрабатывается в нем. Результат отображается на дисплее (индикация у современных пирометров, как правило, цифровая).